基于单片机的FIash存储器坏块自动检测

随着电子技术飞速发展，智能电子产品随处可见，如PC机、移动电话、PDA、数码相机、游戏机、数字电视等，而诸如此类的电子产品的核心器件往往离不开存储器。无论是从存储器的物理结构、存储容量、数据读写速度、可靠性、耐用性，还是产品的实用性方面。其种类繁多。然而由于种种原因，越来越多的电子产品采用数据传输快、容量大的NAND型Flash存储器。虽然NAND型Flash具有许多优点，但其有随机产生不可避免的坏块，如果不能很好解决该坏块将导致高故障率。因此，这里提出一种基于DSP的Flash存储器坏块自动检测系统。

1 系统设计方案
    图l为Flash存储器坏块自动检测系统结构框图。

    本系统设计采用AT89C51自动检测NAND型Flash存储器的无效块，获取Flash存储器的坏块信息，为后续数据存储做准备。本系统设计包括硬件电路和配套软件设计2部分。其硬件电路主要由单片机、控制、显示和存储器4部分组成，其中单片机部分采用常规的最小系统电路；控制部分由按键和单片机的外部中断组成，按钮通过电阻与接地端相连，而复位键则与电源端相连；显示部分采用单片机的P0和P1端口控制8位七段共阳极数码管，位选通端由P2端口控制数据端由Pl控制；存储器部分与单片机相连，由于存在电平差异，所以需加电平转换器74LVX42-45，可将由单片机输出的5 V电压转到3 V，并将由Flash输出的3 V电压转到5 V，其转换方向便于控制。而软件设计部分采用单片机C语言编写程序，当数据存储到单片机后，用一个循环语句将其放到数组里，这样可以通过改变某一变量实现上下查询。则将这个变量的改变放在外部中断程序中。

2 硬件电路设计
    硬件电路设计由于选用的51单片机是TTL器件，而所要检测的NAND型Flash存储器是CMOS器件，这2种类型器件的电平不相匹配，因此需增加电平转换器74154245，从而实现电压的5 V与3 V的双向转换。
2．1 单片机的连接
    为了方便读图，该系统设计的电路原理图中的许多导线连接都采用网络标号的方法，而标号的命名基本采用引脚名称。单片机的P1端口的位操作控制Flash的控制端，P0端口作为单片机和Flash的地址和数据传输端口。其中数据的流向采用P1．6和P1．7控制，要读取Flash的数据时，如读ID时，先对单片机的P1端口位操作，依照时序设置控制字，接着由单片机的PO端口输出读取ID的命令，然后设置写地址的控制字，输入地址00H。读状态时，连续的RE脉冲可输出ID代码。页读取操作与此类似。图2为单片机电路连接图。

2．2 Flash存储器的连接
    K9K8G08UOM是采用NAND技术的1 GB大容量、高可靠、非易失性Flash存储器，具有高密度、高性能特点。其无效块定义为包含有一个或更多无效字节，且其可靠性不能被保证，则无效块中的信息称为无效块信息。和所有的有效块一样，它具有相同的AC和DC参数，一个无效块不会影响有效块的运行，因为它有相应独立的指令资源依靠选择晶体管，该系统设计必须通过地址掩盖其无效块。第l块(地址是OOh)为了保证是有效块，不要求纠错l K编程／擦除周期。
    除了先装载好的无效块信息，所有器件的存储单元都被擦除，无效块状态定义在空余区域的第1个字节。在每块第1页2 048字节的列地址中没有FFh。很多情况下，无效块信息也是能擦除的，一旦擦除，它不可能恢复其原有信息。因此，系统必须在原来无效块的信息基础上认识无效块。该系统设计就是通过读每块的第1页判定该块是否为无效块。

    依据该Flash器件数据资料中各个引脚的功能，设计Flash的电路连接，图3只给出K9K8G08UOM部分所用引脚，电路中Flash的控制端经电平转换器后与单片机的Pl端口相连，而I／O端口经电平转换器与单片机的P0端口相连。
2．3 74LVX4245电平转换器
    74LVX4245提供5 V和3 V之间转换的8位双向电平转换器。该器件的T／R引脚控制数据流向。发射端使数据由A端到B端，而接收端使数据由B端到A端。A端接5 V总线，而B端接3 V总线，如图4所示。

2．4 数码管
    采用共阳极数码管动态显示方式。为了提高驱动能力，采用三极管驱动，用P2端口的低电平对数码管进行位点亮，P0端口输入要显示的字符。本系统设计时，第l位和第2位显示第几个坏块，后3位显示无效块地址。

3 系统软件设计
    采用μVision2集成开发环境，μVision2支持8051的所有Keil工具包，其中包括C编辑器、宏汇编器、链接器，定位器和目标文件至HEX格式的转换器。系统软件设计，即单片机代码设计通常可采用汇编语言或C语言。图5是无效块判断的主要流程。

    本设计中软件核心部分是存储器的页读取函数。函数中定义无符号整型变量赋值2 048，依据页读取的时序，先将读指令00H由函数Writ-eCommand写入Flash的命令寄存器，接着由WriteAddress函数将4个周期的地址写入Flash的地址寄存器，再由WriteCommand函数将读命令30H写入Flash指令寄存器，延时后读状态的控制字的设置，在2 048个读信号脉冲中读取缓存数据。该函数完整源程序代码如下：
   

4 结论
    本设计满足系统设计要求，能够实现对Flash存储器的ID号的读取，准确读取存储器无效块的数目和相应的物理地址，通过功能按钮实现对无效块地址的上下查询。将存储器换成fLash后可以很好地检测器件的无效块的分布情况。可以成为选择性能更好的器件工具，同时还可准确获取无效块地址，为以后数据存储打好基础。